Стабилизированный конвертор Советский патент 1992 года по МПК H02M3/337 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике для преобразования постоянного напряжения одного уровня в стабилизированное другого уровня и может применяться в качестве источника питания различного назначения.

Известен преобразователь, выполненный на основе полумостоврй схемы, содержащий стойку из трех последовательно соединенных силовых транзисторов, подключенную к входным выводам, два последовательно соединенных обратных диода, шунтирующих средний транзистор, согласующий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к средней точке емкостного делителя и точке соединения указанных обратных диодов, а вторичная - к

нагрузке, причем управляющие переходы крайних силовых транзисторов подключены к задающему генератору, а управляющий переход среднего силового транзистора - к широтно-импульсному модулятору, связанного с задающим генератором. Регулирование длительности импульсов напряжения согласующего трансформатора осуществляется классическим методом за счет широт- но-импульсного модулятора и замкнутой системы авторегулирования.

Недостатком данного технического решения является низкая надежность, обусловленная наличием трех силовых транзисторов и широт но-импульсного модулятора, требующего дополнительно вспомогательного источника питания для него.

Х|

Ю

ы

00

Известен также конвертор, содержащий нерегулируемый инвертор с согласующим трансформатором, вторичная обмотка которого через магнитные усилители, выпрямитель со сглаживающим фильтром подключена к выходным выводам. Регулирование выходного напряжения осуществляется за счет изменения тока подмагничива- ния магнитного усилителя, приводящего подачу переменного напряжения с ШИМ на выпрямитель.

Недостатком данного технического решения является большая масса и габариты, низкий КПД, обусловленные введением магнитного усилителя в цепь силовых выпрямителей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является конвертор, содержащий транзисторный инвертор с согласующим трансформатором, силовая вторичная обмотка которого через выпрямитель и сглаживающий фильтр подключенная к выходным выводам, задающий генератор с выходным трансформатором и насыщающийся трансформатор, причем управляющий переход каждого транзистора инвертора через пусковую RC-цепочку, за- шунтированную обратным диодом, соединен с вторичной обмоткой выходного трансформатора задающего генератора, через базовый резистор - с обмоткой положительной обратной связи, расположенной на согласующем трансформаторе, и через диод, последовательно с которым включена обмотка насыщающегося трансформатора, - со вспомогательной обмоткой, расположенной на согласующем трансформаторе, и блок управления, подключенный к управляющим обмоткам насыщающегося трансформатора.

Блок управления включает в себя ши- ротно-импульсный модулятор, связанный с задающим генератором и обеспечивающий регулирование длительности импульсов напряжения на трансформаторе за счет замкнутой системы регулирования.

Кроме того, для питания задающего генератора и широтно-импульсного модулятора содержится вспомогательный источник питания.

Недостатком данного технического решения является низкая надежность и КПД, что обусловлено необходимостью введения широтно-импульсного модулятора со вспомогательным источником питания.

Цель изобретения - повышение надежности и КПД.

Поставленная цель достигается тем, что в конверторе, содержащем транзисторный инвертор с согласующим трансформатором, силовая вторичная обмотка которого через выпрямитель и сглаживающий фильтр подключена к выходным выводам, задающий генератор с выходным трансформатором, насыщающийся трансформатор, последовательно соединенный датчик рассогласования и усилитель мощности, подключенный к выходным выводам, причем управляющий переход каждого транзисто0 ра инвертора через пусковую RC-цепочку, зашунтированную обратными диодами, соединен с вторичной обмоткой выходного трансформатора задающего генератора, через базовый резистор - с обмоткой положи5 тельной обратной связи, расположенной на согласующем трансформаторе, и через отсекающий диод, последовательно с которым соединена рабочая обмотка насыщающегося трансформатора, - с вспомога0 тельной обмоткой, расположенной на согласующем трансформаторе, магнитопровод насыщающегося трансформатора выполнен на двух магнитопроводах с прямоугольной петлей гистирезиса, на каждом из которых

5 расположены обмотки управления, соединенные встречно-последовательно между собой и подключенные к выходу усилителя мощности, а рабочие обмотки намотаны на оба магнитопровода одновременно, кроме

0 того, цепи питания задающего генератора подключены через выпрямитель со сглаживающим фильтром к дополнительной вторичной обмотке согласующего трансформатора.

5На фиг.1 и 2 представлена схема конвертора, выполненного на основе полумостового инвертора, и диаграммы напряжений на элементах схемы; на фиг.З и 4 - схема конвертора, выполненного на основе нуле0 вого инвертора, и диаграммы напряжений на элементах схемы; на фиг.5 и 6 - схема конвертора, выполненного на основе мостового инвертора, и диаграммы напряжений на элементах схемы; на фиг.7 - схема г ю5 строения датчика рассогласования совместно с усилителем мощности.

Конвертор содержит (см. фиг.1) инвертор на транзисторах 1,2. согласующий трансформатор 3, силовая вторичная обмот0 ка 4 которого через выпрямитель 5 со сглаживающим фильтром подключена к выходным выводам б и 7, задающий генератор 8 с выходным трансформатором 9 и насыщающийся трансформатор, выполнен5 ный на двух сердечниках 10.1.10.2. на каждом из которых расположены обмотки 11.1,11.2 управления, соединенные встречно-последовательно между собой, причем управляющий переход каждого транзистора 1.2 инвертора чед ез пусковую RC-цепочку 13, зашунтированную обратным диодом 14, соединен с встречной обмоткой 15 трансформатора 9 задающего генератора 8. через базовый резистор 16 - с обмоткой 17 положительной обратной связи, расположенной на согласующем трансформаторе 3, и через отсекающий диод 18, последовательно с которым включена рабочая обмотка 19 насыщающегося трансформатора 10, - вспомогательной обмоткой 20, расположенной на согласующем трансформаторе 3, датчика 21 рассогласования, усилитель 22 мощности, подключенный входом к выходу датчик 21 рассогласования, а выходом - к обмоткам управления насыщающегося трансформатора.

На фиг.2,4 и 6 представлены напряжения 24 на обмотках трансформатора 9 задающего генератора 8 и напряжение 25 на вторичных обмотках согласующего трансформатора 3.

Датчик рассогласования 21 (см. фиг.7) включает резисторы 26-28 и стабилитрон 29, зашунтированный конденсатором 30. а усилитель 22 мощности включает операционный усилитель 31, резисторы 32-34 и управляющий транзистор 35

Конвертор работает следующим образом.

На вторичных обмотках трансформатора 9 задающего генератора 8 формируется переменное напряжение 24 которое в момент времени 1 обеспечивает от обмотки 15.1 (см. фиг.1) подачу запускающего импульса через RC-цепочку 13.1 на транзистор 1, который, включаясь, поддерживает себя во включенном состоянии напряжением обмотки 17.1, Так, при положительном значении напряжения 24 на началах обмоток трансформатор 9 формирует положительный потенциал. К управляющему переходу транзистора 2 на интервале времени прикладывается запирающее напряжение. При этом к обмотке 19.1 насыщающегося трансформатора 10, выполненного на маг- нитопроводах с прямоугольной петлей гис- тирезиса, приложена сумма напряжений обмоток 17.1-и 20.1 за вычетом падения напряжения на резисторе 16.1 и диоде 18.1. В момент насыщения обоих магнитопрово- дов 10 резко увеличивается ток через резистор 16.1, исчезает базовый ток транзистора 1 за счет подачи на его управляющий переход запирающего напряжения обмотки 20.1.

После выключения транзистора 1 в момент времени т.2 за счет изменения полярности напряжения на обмотках согласующего трансформатора 3 к управляющему переходу транзистора 1 прикладывается запирающее напряжение обмотки 17.1. Далее появление колебательных процессов, приводящих к генерированию напряжения на обмотках согласующего трансформатора 3 после выключения транзистора 1 не приведет к включению транзистора 1, так как к его управляющему переходу прикладывается запирающее напряжение обмоток 17.1 или 20.1 При выключении транзистора 1 .включе0 ние транзистора 2, как в обычном генераторе Ройера, не происходит из-за подачи запирающего напряжения 24 на его управляющий переход от обмотки 15.2 трансформатора 9 задающего генератора 8.

5В момент времени t3 изменяется полярность напряжений на обмотках трансформатора 9 задающего генератора 8, что приводит к подаче на управляющий переход транзистора 2„запускающего импульса тока

0 от обмотки 15.2 через RC-цепочку 13.2, включению транзистора 2 и поддержанию его во включенном состоянии за счет напряжения обмотки положительной обратной связи 17.2. При этом к управляющему пере5 ходу транзистора 1 прикладывается запирающее напряжение от обмотки 15.1 через диод 14 1 К обмотке 19.2 насыщающегося трансформатора прикладывается сумма напряжений обмоток 17.2 и 20.2 за вычетом

0 падения напряжения на резисторе 16.2 и диоде 18.2. После насыщения магнитопро- водов 10 к управляющему переходу транзистора 2 прикладывается запирающее напряжение обмотки 20.2. После выключе5 ния транзистора 2 изменяется полярность напряжения 25 и к управляющему переходу прикладывается запирающее напряжение обмотки 17.2 и т.д. В дальнейшем цикл работы повторяется. Датчик 21 рассогласова0 ния совместно с усилителем 22 мощности и обмотками управления 11.1 и 11.2 обеспечивают поддержание стабильного выходного напряжения за счет регулирования момента насыщения трансформатора 10. Датчик 21

5 рассогласования (см. фиг,7) выявляет отклонение выходного напряжения от заданной величины и полученная разность поступает на операционный усилитель, им усиливается и подается на транзистор 35, работаю0 щий в усилительном режиме. Резистор 34 ограничивает максимальный ток коллектора транзистора 35.

При работе конвертора в системе, когда уже существует служебное напряжение, за5 дающий генератор запитывается от служебного напряжения Если рассматриваемый конвертор автономен, то задающий генератор запитывается через выпрямитель со сглаживающим фильтром от дополнительной вторичной обмотки согласующего

трансформатора 3. В последнем случае при подаче напряжения на входные выводы инвертор, выполненный на транзисторах 1,2, начинает работать, как обычный генератор Ройера. После подачи напряжения на задающий генератор от дополнительной обмотки согласующего трансформатора указанный инвертор переходит в режим внешней синхронизации.

Работа конвертора, выполненного на основе нулевого и мостового инверторов (см, фиг.3,4), аналогичная описанному. В мостовом инверторе в отличие от классической структуры введен емкостной делитель, подключенный к входным выводам, а средней точкой - к средней точке первичной обмотки согласующего трансформатора 3 Это сделано из-за того, что при выключении транзисторов, например 1.1 и 1.2, напряженнее обмоток согласующего трансформатора должно исчезать после выключения последнего из двух транзисторов 1.1 и 1.2. Если первым включился транзистор 1.2, то за счет существования еще полумостовой схемы на базе указанных конденсаторов и включенного еще транзистора 1.1 напряжения на всех обмотках согласующего .трансформатора 3 существуют и не возникает отличий от работы предыдущих схем.

Таким образом, предлагаемые схемы конверторов не содержат широтно-импуль- сного модулятора (ШИМ) е обычном понимании и не требуется стабилизированного источника питания для ШИМ. Получаемое напряжение питания для задающего генератора от обмотки согласующего трансформатора 3 практически не зависит в рассчитанном диапазоне от входного напряжения и не требует установки дополнительного стабилизатора. Указанные упрощения схемы конвертора повышают его надежность и КПД

Формула изобретения

1.Стабилизированный коньертор, содержащий транзисторный инвертор с согласующим трансформатором, си ловая вторичная обмотка которого через выпрямитель и сглаживающий фильтр подключена к выходным выводам, задающий генератор с выходным трансформатором,

насыщающийся трансформатор, последовательно соединенные датчик рассогласования и усилитель мощности, подключенные к выходным выводам, причем управляющий переход каждого транзистора инвертора через пусковую RC-цепочку, зашунтирован- ную обратными диодами, соединен с вторичной обмоткой выходного трансформатора задающего генератора, через базовый резистор - с обмоткой положительной

обратной связи, расположенной на согласующем трансформаторе, и через отсекающий диод, последовательно с которым включена рабочая обмотка насыщающегося трансформатора, - со вспомогательной обмоткой, расположенной на согласующем трансформаторе, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и повышения КПД, магнито провод насыщающегося трансформатора выполнен на двух

магнитопроводах с прямоугольной петлей гистерезиса, на каждом из которых расположены обмотки управления, соединенные встречно-последовательно между собой и подключенные к выходу усилителя мощности, а рабочие обмотки намотаны на оба магнитопровода одновременно

2.Конвертор поп.1, отличающий- с я тем, что цепи питания задающего генератора подключены через выпрямитель со

сглаживающим фильтром к дополнительной вторичной обмотке согласующего трансформатора.

12 10.1

23

Использование: параметрические стабилизаторы постоянного напряжения во вторичных источниках электропитания. Сущность изобретения устройство содержит инвертор на транзисторах (1,2) с согласующим трансформатором (3) и силовой вторичной обмоткой 4, выпрямитель со сглаживающим фильтром (5), задающий генератор (8) с выходным трансформатором

U

в

f

Q

Un

фе/е. 1

tO 2

Фаг. 2

onopnrv

Фиг.З

Pur. 4

Pur. 5

Риг.$

Фиг. 7